DE112011103518B4 - ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP SYSTEM AND METHOD FOR ISOLATING A STAR POINT IN A THREE-THREE-AC MOTOR - Google Patents

ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP SYSTEM AND METHOD FOR ISOLATING A STAR POINT IN A THREE-THREE-AC MOTOR Download PDF

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Abstract

Elektrisches Tauchpumpensystem für Bohrlochanwendungen, wobei das System umfasst:eine Pumpe (122) undeinen Motor (121), der an die Pumpe (122) angeschlossen ist und so konfiguriert ist, dass er die Pumpe (122) antreibt,wobei der Motor (121) sterngewickelt ist und Drehstrom verwendet,wobei der Motor (121) eine elektrisch isolierte Umhüllung (250, 400, 500) aufweist, die einen Hohlraum bildet, der eine Sternpunktverzweigung des Motors (121) aufnimmt,wobei die Umhüllung (250, 400, 500) eine oder mehrere Öffnungen durch sie hindurch aufweist, die ermöglichen, dass sich drei Leiter (430-433, 530-533), die an die Sternpunktverzweigung angeschlossen sind, vom Hohlraum zum Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) erstrecken,wobei die Umhüllung (250, 400, 500) eine oder mehrere Isolierdichtungen an den Öffnungen zwischen der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Leiter (430-433, 530-533) aufweist, die eine abgedichtete elektrisch isolierende Barriere zwischen der Sternpunktverzweigung und dem Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) bereitstellen,wobei ein Isoliermaterial vorgesehen ist, das im Wesentlichen den Hohlraum zwischen der Sternpunktverzweigung und der Umhüllung (250, 400, 500) füllt, wobei das Isoliermaterial Vergussmasse (440) oder Öl (540) umfasst, undwobei der Motor (121) ferner ein Motorgehäuse (420, 520) umfasst, in dem die Umhüllung (250, 400, 500) angeordnet ist, wobei der Raum zwischen der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Motorgehäuse (420, 520) mit Öl (540) gefüllt ist.An electric submersible pump system for downhole applications, the system comprising: a pump (122) and a motor (121) connected to the pump (122) and configured to drive the pump (122), the motor (121) is star-wound and uses three-phase current, the motor (121) having an electrically insulated casing (250, 400, 500) which forms a cavity which receives a star point branch of the motor (121), the casing (250, 400, 500) one or more openings therethrough allowing three conductors (430-433, 530-533) connected to the neutral junction to extend from the cavity to the exterior of the enclosure (250, 400, 500), the Sheath (250, 400, 500) has one or more insulating seals at the openings between the sheath (250, 400, 500) and the conductor (430-433, 530-533), which provide a sealed electrically insulating barrier between the star point junction and the Provide the exterior of the casing (250, 400, 500), an insulating material being provided which essentially fills the cavity between the star point branch and the casing (250, 400, 500), the insulating material being potting compound (440) or oil (540). and wherein the motor (121) further comprises a motor housing (420, 520) in which the casing (250, 400, 500) is arranged, the space between the casing (250, 400, 500) and the motor housing (420 , 520) is filled with oil (540).

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Tauchpumpensystem gemäß dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Isolierung eines Sternpunktes in einem Drehstrommotor gemäß dem Anspruch 2.The invention relates to an electrical submersible pump system according to claim 1 and a method for isolating a star point in a three-phase motor according to claim 2.

Verwandte TechnikRelated technology

Drehstrommotoren werden üblicherweise in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt. Eine Art von System, in dem Drehstrommotoren vorwiegend eingesetzt werden, ist ein elektrisches Tauchschmierpumpsystem (Electric Submersible Pump (ESP))(ESP-System). Die ESP's werden in der Öl- oder Gasindustrie eingesetzt, um Flüssigkeiten aus Bohrlöchern zu fördern. Die Drehstrommotoren können so konstruiert werden, dass sie in die engen Bohrlöcher hineinpassen und trotzdem genügende Hubkraft haben, die erforderlich ist, um die Flüssigkeiten aus den Tausende Meter tiefen Bohrlöchern zu fördern.Three-phase motors are commonly used in many different applications. One type of system in which three-phase motors are predominantly used is an electric submersible pump (ESP) system. The ESP's are used in the oil or gas industry to pump fluids from wells. The three-phase motors can be designed to fit into the narrow boreholes and still have enough lifting power required to pump the fluids from the boreholes thousands of meters deep.

Bei Drehstrommotoren wird normalerweise eine „Stern-Konfiguration“ oder eine „DeltaKonfiguration“ verwendet. Man bezeichnet diese Motoren auch als „stemgewickelte“ oder „delta-gewickelte“ Motoren. Ein Drehstrommotor verfügt über drei Magnetfelder erzeugende Spulen (oder Spulensätze), die den Motor antreiben. Bei einer „Stern-Konfiguration“ wird der Strom auf ein Ende jeder Spule aufgebracht (jede Spule bekommt eine andere Phase des Drehstroms) und das zweite Ende jeder Spule ist an die anderen Phasen einer Verzweigung angeschlossen, die man als Sternpunkt bezeichnet. Der Begriff „Sternpunkt“ bezieht sich auf die Tatsache, dass die drei Leiter von den Spulen an der Verzweigung ein „Y“ bilden. Der Sternpunkt (Y-Punkt) wird manchmal auch als der „Wye“-Punkt bezeichnet. Bei einer Deltakonfiguration wird eher das erste Ende jeder Spule an das zweite Ende einer der anderen Spulen angeschlossen, als dass man das zweite Ende jeder Spule zusammen an einer einzelnen Verzweigung hat. Das kann man in einem Bild durch ein Dreieck darstellen, wobei jede Seite des Dreiecks eine der Spulen repräsentiert. Bei einer Deltakonfiguration wird der Strom auf die Enden dieses Dreiecks aufgebracht.For three-phase motors, a “star configuration” or a “delta configuration” is usually used. These motors are also referred to as “stem-wound” or “delta-wound” motors. A three-phase motor has three magnetic field generating coils (or sets of coils) that drive the motor. In a "star configuration" the current is applied to one end of each coil (each coil receives a different phase of the three-phase current) and the second end of each coil is connected to the other phases of a branch called the star point. The term “star point” refers to the fact that the three conductors from the coils form a “Y” at the junction. The star point (Y point) is sometimes referred to as the “Wye” point. In a delta configuration, the first end of each coil is connected to the second end of one of the other coils, rather than having the second end of each coil together on a single junction. This can be represented in a picture by a triangle, with each side of the triangle representing one of the coils. In a delta configuration, the current is applied to the ends of this triangle.

Bei den in ESP-Systemen eingesetzten Drehstrommotoren wird vorwiegend die Sternpunkt-Konfiguration verwendet. Der Drehstrom wird durch ein Kabel zum Motor geliefert, das von einer Stromquelle an der Oberfläche des Bohrlochs durch das Bohrloch zum Motor des ESP-Systems verläuft. Jede Phase wird an einem ersten Ende einer der Spulen des Motors aufgebracht. Wie oben beschrieben, ist das zweite Ende jeder Spule mit den anderen am Sternpunkt verknüpft. Der Sternpunkt ist an nichts anderem angeschlossen, und er soll elektrisch von allem anderen abgegrenzt werden. Der Sternpunkt ist deshalb elektrisch isoliert, damit gewährleistet wird, dass er abgegrenzt ist. Da der Sternpunkt jedoch eine Verzweigung von drei Leitern darstellt, ist es schwierig, den Sternpunkt mit konventionellen Verfahren gut zu isolieren.The star point configuration is primarily used for the three-phase motors used in ESP systems. The three-phase power is supplied to the motor by a cable that runs from a power source on the surface of the well through the well to the motor of the ESP system. Each phase is applied to a first end of one of the motor's coils. As described above, the second end of each coil is linked to the others at the star point. The star point is not connected to anything else, and it should be electrically isolated from everything else. The star point is therefore electrically isolated to ensure that it is isolated. However, since the star point represents a branch of three conductors, it is difficult to isolate the star point well using conventional methods.

Bei normalem Betrieb ist die Spannung am Sternpunkt sehr gering. Bei einem idealen System wäre die Summe der Spannungen jeder der drei Phasen Null. Wenn die Spannung am Sternpunkt gering ist, ist die Isolation des Sternpunktes nur gering elektrisch beansprucht. Es gibt jedoch Fälle, bei denen die Spannung des Sternpunktes sehr hoch ist und die Isolation des Sternpunktes ausfallen kann. Zum Beispiel kann einer der Leiter des Kabels oder Motors elektrisch mit Erde verbunden werden. Das kann in den Blechen des Motors, der Motorwelle oder dem Motorgehäuse erfolgen. (Eine weitere Art des „Kurzschließens“ wäre eine Störung zwischen zwei unter Strom stehenden Leitern, mit dem sich diese Erfindung nicht befasst.) Der Motor kann in diesem Zustand weiterarbeiten, aber im Ergebnis erhöht sich die Spannung am Sternpunkt (die die Summe der drei Phasen ist) erheblich. Verursacht die Spannung am Sternpunkt, dass es auch einen Kurzschluss gibt, fällt der Motor aus. Wegen der Ausgaben, die mit dem Ausbau des ausgefallenen Motors aus dem Bohrloch zusammenhängen, um ihn auszutauschen, ist das ein sehr ernstes Problem.During normal operation, the voltage at the star point is very low. In an ideal system, the sum of the voltages of each of the three phases would be zero. If the voltage at the star point is low, the insulation of the star point is only subject to low electrical stress. However, there are cases where the voltage of the star point is very high and the insulation of the star point may fail. For example, one of the conductors of the cable or motor may be electrically connected to ground. This can be done in the metal sheets of the motor, the motor shaft or the motor housing. (Another type of "short-circuiting" would be a fault between two live conductors, which this invention does not address.) The motor can continue to operate in this state, but as a result the voltage at the star point (which is the sum of the three phases) is significant. If the voltage at the star point causes a short circuit, the motor will fail. This is a very serious problem because of the expense associated with removing the failed motor from the well to replace it.

Deshalb wäre es wünschenswert, eine Technik zur Isolierung des Sternpunktes von Drehstrommotoren bereitzustellen, so dass diese Spannungen die auf dem Firmenschild des Motors angegebene Spannung oder eine darüber liegende Spannung aushält, besonders bei solchen Anwendungsbereichen wie den ESP-Systemen.Therefore, it would be desirable to provide a technique for isolating the star point of three-phase motors so that these voltages can withstand the voltage specified on the motor's nameplate or higher, particularly in such applications as ESP systems.

Aus der US 2009 / 0 260 833 A1 ist die Bereitstellung einer elektrischen Verbindungsanordnung an einem Bohrlochkopf bekannt, um eine elektrische Vorrichtung untertage mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Verbindungsanordnung umfasst zwei konzentrisch angeordnete Rohraufhängungen, wobei die äußere Aufhängung geerdet ist und mit einem geerdeten Rohrstrang verbunden ist und die innere Aufhängung mit einem leitenden Rohrstrang verbunden ist. Eingehauste Leitungsanschlüsse führen zu den beiden Rohraufhängungen.From the US 2009 / 0 260 833 A1 The provision of an electrical connection arrangement at a wellhead for supplying electrical energy to an electrical device underground is known. The connection assembly includes two concentrically disposed pipe hangers, the outer hanger being grounded and connected to a grounded tubing string and the inner hanger being connected to a conductive tubing string. Enclosed line connections lead to the two pipe suspensions.

Aus der DE 10 2007 048 113 A1 wird ferner eine Verbindungsvorrichtung gelehrt, welche dazu ausgelegt ist, sechs freie Anschlüsse eines Motors derart zu überbrücken (kurzzuschlie-ßen), dass der Motor in einer Sternschaltung betreibbar ist. Hierfür weist die Verbindungsvorrichtung einen leitenden Verbinder auf, der in radialer Richtung und in einer zu den Motoranschlüssen abgewandten axialen Seite abisoliert ist. Eine ähnliche Verbindungsvorrichtung zur Herstellung von Verbindungen mit Wicklungsenden von mehrphasigen Drehstrommotoren in Sternschaltung ist auch aus der DE 40 08 328 A1 bekannt.From the DE 10 2007 048 113 A1 A connection device is also taught which is designed to bridge (short-circuit) six free connections of a motor in such a way that the motor can be operated in a star connection. For this purpose, the connecting device has a conductive connector which is in the radial direction and in a the axial side facing away from the motor connections is stripped. A similar connection device for producing connections with winding ends of multi-phase three-phase motors in a star connection is also from the DE 40 08 328 A1 known.

Ferner sind aus der WO 2007 / 007 922 A1 und US 2009 / 0 269 222 A1 schlauchförmige Abisolierungen für einen neutralen Sternpunkt bekannt. Die schlauchförmigen Abisolierungen sind an einer axialen Seite offen, durch die die Leiter zum Sternpunkt geführt werden. Aus der JP 2002- 44 892 A ist die Verwendung eines Isolierharzes zur Isolierung des Sternpunktes bekannt. Aus der DE 699 06 915 T2 ist ferner ein U-förmiges Isolierelement bekannt. Ferner ist aus der DE 43 09 899 A1 ein Anschlussgehäuse für einen elektrischen Motor bekannt, das eine Klemmleiste aufweist, die einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Aus der Publikation „Die Isolierstoffe der Elektrotechnik" von Wilhelm Dr. OBURGER, Springer Verlag (1957), Seite 143-151 ist ferner bekannt, Öl als Isoliermittel in Transformatoren einzusetzen.Furthermore, from the WO 2007/007 922 A1 and US 2009 / 0 269 222 A1 Tubular stripping is known for a neutral star point. The tubular stripping strips are open on one axial side, through which the conductors are guided to the star point. From the JP 2002-44 892 A The use of an insulating resin to insulate the star point is known. From the DE 699 06 915 T2 A U-shaped insulating element is also known. Furthermore, from the DE 43 09 899 A1 a connection housing for an electric motor is known, which has a terminal strip which is formed in one piece with the housing. From the publication “The insulating materials in electrical engineering” by Wilhelm Dr. OBURGER, Springer Verlag (1957), pages 143-151 It is also known to use oil as an insulating agent in transformers.

Ferner ist aus der AT 169 519 B die Verbindung eines Sternpunktes eines Drehstrommotors mit einem künstlichen Nullpunkt bekannt. Aus der US 6 188 552 B1 ist ferner eine Diodenschaltung bekannt, die als Schutzschaltung für einen Sternpunkt fungiert. Aus der DE 10 2005 016 962 A1 ist ferner die Bereitstellung eines Frequenzumrichters für einen Drehstrommotor bekannt. Ferner ist aus der DD 1 55 026 A1 ein Isolierrohr zur Abisolierung von Anschlussbolzen bekannt. Aus der AT 158 609 B ist ferner eine Abisolierung eines Sternpunktes gegenüber ein Gehäuse mit Hilfe von Öl bekannt. Aus der EP 1 050 723 A1 ist ferner bekannt, ein zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen vorgesehenes Schutzgehäuse mit Vergussmasse auszugießen. Aus der US 6176 308 B1 ist in Zusammenhang mit Tauchpumpensystemen ferner bekannt, den Sternpunkt des Elektromotors mit einer Signalleitung zur Transportierung von Signalen zu koppeln. Ferner ist aus der US 2008 / 0 196 887 A1 eine aktive Halbleiter-basierte Schutzschaltung in Zusammenhang mit Drehstrommotoren in Sternpunktschaltung bekannt.Furthermore, from the AT 169 519 B the connection of a star point of a three-phase motor with an artificial zero point is known. From the US 6,188,552 B1 A diode circuit is also known which acts as a protection circuit for a star point. From the DE 10 2005 016 962 A1 The provision of a frequency converter for a three-phase motor is also known. Furthermore, from the DD 1 55 026 A1 an insulating tube for stripping connection bolts is known. From the AT 158 609 B It is also known to strip a star point from a housing using oil. From the EP 1 050 723 A1 It is also known to pour casting compound into a protective housing intended to accommodate electronic components. From the US 6176 308 B1 It is also known in connection with submersible pump systems to couple the star point of the electric motor with a signal line for transporting signals. Furthermore, from the US 2008 / 0 196 887 A1 an active semiconductor-based protection circuit is known in connection with three-phase motors in a star point connection.

ABRISS DER ERFINDUNGABSTRACT OF THE INVENTION

Diese Offenbarung bezieht sich auf ein elektrisches Tauchpumpensystem sowie ein Verfahren zur Isolierung eines Sternpunktes in einem Drehstrommotor, bei denen der Sternpunkt nicht geerdet oder an eine Referenzspannung angeschlossen ist und somit hohe Spannungen erleiden kann. Ein derartiger findet bei Schrägbohrungen, wie z.B. bei den ESP-Systemen, Anwendung.This disclosure relates to an electrical submersible pump system and a method for isolating a star point in a three-phase motor, in which the star point is not grounded or connected to a reference voltage and can therefore suffer high voltages. This is used for angled drillings, such as ESP systems.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Tauchpumpensystem für Bohrlochanwendungen bereitgestellt, das bei Schrägbohrungen eingesetzt werden kann. Das System umfasst: eine Pumpe und einen Motor, der an die Pumpe angeschlossen ist und so konfiguriert ist, dass er die Pumpe antreibt, wobei der Motor sterngewickelt ist und Drehstrom verwendet, wobei der Motor eine elektrisch isolierte Umhüllung aufweist, die einen Hohlraum bildet, der eine Sternpunktverzweigung des Motors aufnimmt, wobei die Umhüllung eine oder mehrere Öffnungen durch sie hindurch aufweist, die ermöglichen, dass sich drei Leiter, die an die Sternpunktverzweigung angeschlossen sind, vom Hohlraum zum Äußeren der Umhüllung erstrecken, wobei die Umhüllung eine oder mehrere Isolierdichtungen an den Öffnungen zwischen der Umhüllung und dem Leiter aufweist, die eine abgedichtete elektrisch isolierende Barriere zwischen der Sternpunktverzweigung und dem Äußeren der Umhüllung bereitstellen, wobei ein Isoliermaterial vorgesehen ist, das im Wesentlichen den Hohlraum zwischen der Sternpunktverzweigung und der Umhüllung füllt, wobei das Isoliermaterial Vergussmasse oder Öl umfasst, und wobei der Motor ferner ein Motorgehäuse umfasst, in dem die Umhüllung angeordnet ist, wobei der Raum zwischen der Umhüllung und dem Motorgehäuse mit Öl gefüllt ist.According to one aspect of the invention, there is provided an electric submersible downhole pump system that can be used in slant drilling. The system includes: a pump and a motor connected to the pump and configured to drive the pump, the motor being star-wound and using three-phase current, the motor having an electrically insulated enclosure forming a cavity, which receives a star point branch of the motor, the enclosure having one or more openings therethrough that allow three conductors connected to the star point branch to extend from the cavity to the exterior of the enclosure, the enclosure having one or more insulating gaskets the openings between the sheath and the conductor, which provide a sealed electrically insulating barrier between the star point branch and the exterior of the sheath, an insulating material being provided which substantially fills the cavity between the star point branch and the sheath, the insulating material being potting compound or Oil, and wherein the engine further comprises a motor housing in which the casing is arranged, the space between the casing and the motor casing being filled with oil.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Isolierung des Sternpunktes in einem Drehstrom-Induktionsmotor bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: die Bereitstellung einer elektrisch isolierenden Umhüllung, wobei die Umhüllung einen Hohlraum bildet, der zur Aufnahme einer Sternpunktverzweigung eines Drehstrommotors konfiguriert ist, und eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die sich vom Hohlraum in der Umhüllung zum Äußeren der Umhüllung erstreckt/erstrecken; die Positionierung von drei Leitern durch die Öffnungen, wobei sich die drei Leiter durch die Öffnungen von den Spulen des Motors zu einer Sternpunktverzweigung erstrecken; und das Einhausen der Sternpunktverzweigung in der Umhüllung, wobei die Öffnungen in der Umhüllung zwischen der Umhüllung und dem Leiter abgedichtet werden und die Umhüllung eine abgedichtete elektrisch isolierende Barriere zwischen dem Hohlraum innerhalb der Umhüllung und dem Äußeren der Umhüllung bildet, wobei der Hohlraum zwischen der Sternpunktverzweigung und der Umhüllung mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt wird, wobei das Isoliermaterial Vergussmasse oder Öl umfasst, wobei die Umhüllung in einem Gehäuse des Motors positioniert und der übrige Hohlraum zwischen der Umhüllung und dem Gehäuse des Motors mit Öl gefüllt wird. Ein Instrumentenstromleiter kann ebenfalls durch die Öffnungen gezogen werden, wobei der Instrumentenstromleiter von der Sternpunktverzweigung bis zu einer Instrumentenbaugruppe verläuft.According to a further aspect of the invention, a method for isolating the star point in a three-phase induction motor is provided. The method includes: providing an electrically insulating enclosure, the enclosure defining a cavity configured to receive a star point branch of a three-phase motor and having one or more openings extending from the cavity in the enclosure to the exterior of the enclosure; positioning three conductors through the openings, the three conductors extending through the openings from the coils of the motor to a star point branch; and encasing the star point junction in the enclosure, the openings in the enclosure being sealed between the enclosure and the conductor and the enclosure forming a sealed electrically insulating barrier between the cavity within the enclosure and the exterior of the enclosure, the cavity between the star point junction and the casing is filled with an electrically insulating material, the insulating material comprising potting compound or oil, the casing being positioned in a housing of the engine and the remaining cavity between the casing and the housing of the motor being filled with oil. An instrument power conductor can also be pulled through the openings, with the instrument power conductor extending from the star point junction to an instrument assembly.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Andere Objekte und Vorteile der Erfindung sind beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen zu erkennen.

  • ist ein Bild, das den Einsatz eines Drehstrommotors in einem Schräglochbohrsystem gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
  • ist ein Bild, das den Aufbau eines Drehstrommotors unter Verwendung einer nicht geerdeten Sternkonfiguration gemäß einer Ausführungsform zeigt.
  • ist ein Bild, das die drei Phasen zeigt, die für die drei Spulen eines Drehstrom-Induktionsmotors bereitgestellt werden, sowie die Sternpunktspannung.
  • ist ein Bild, das die Phasen zeigt, die für die Spulen eines Drehstrom-Induktionsmotors bereitgestellt werden, sowie die Sternpunktspannung, wenn eine der Phasen geerdet ist.
  • ist ein Bild, das den Aufbau einer sternpunktisolierenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • ist ein Bild, das den Aufbau einer sternpunktisolierenden Vorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Other objects and advantages of the invention will be apparent upon reading the following detailed description and reference to the accompanying drawings.
  • is a picture showing the use of a three-phase motor in an inclined hole drilling system according to an embodiment of the invention.
  • is an image showing the structure of a three-phase motor using an ungrounded star configuration according to an embodiment.
  • is a picture showing the three phases provided to the three coils of a three-phase induction motor and the star point voltage.
  • is a picture showing the phases provided to the coils of a three-phase induction motor and the star point voltage when one of the phases is grounded.
  • is a figure showing the structure of a star point isolating device according to a first embodiment of the present invention.
  • is a diagram showing the construction of a star point isolating device according to an alternative embodiment of the present invention.

Da die Erfindung mehrere Modifikationen und alternative Formen aufweist, werden die speziellen Ausführungsformen durch Beispiele in den Zeichnungen und die dazugehörige detaillierte Beschreibung dargelegt. Man geht jedoch davon aus, dass die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung nicht dazu gedacht sind, die Erfindung auf eine bestimmte Ausführungsform, die beschrieben wird, zu beschränken. Diese Veröffentlichung ist eher dazu beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die unter die vorliegende Erfindung fallen, abzudecken, wie durch die Ansprüche im Anhang dargelegt.Since the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, the specific embodiments are illustrated by examples in the drawings and the accompanying detailed description. It is understood, however, that the drawings and detailed description are not intended to limit the invention to any particular embodiment described. Rather, this publication is intended to cover all modifications, equivalents and alternatives covered by the present invention as set forth by the appended claims.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben. Es ist festzustellen, dass diese und alle anderen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen Beispiele sind und die Erfindung eher illustrieren als einschränken sollen.One or more embodiments of the invention are described below. It is to be understood that these and all other embodiments described below are examples and are intended to illustrate rather than limit the invention.

Wie hier beschrieben, umfassen einige Ausführungsformen der Erfindung Systeme und Verfahren zur Isolierung der Sternpunkte von Drehstrommotoren, die normalerweise in ESP-Systemen eingesetzt werden, wo die Sternpunkte nicht geerdet oder nicht an eine Referenzspannung angeschlossen sind und deshalb hohe Spannungen erleiden können.As described herein, some embodiments of the invention include systems and methods for isolating the star points of three-phase motors typically used in ESP systems where the star points are not grounded or not connected to a reference voltage and therefore may experience high voltages.

Bei den vorliegenden Systemen und Verfahren wird eine isolierende Umhüllung rund um den Sternpunkt eines Drehstrom-Induktionsmotors verwendet, um den elektrischen Kontakt zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse oder anderen geerdeten oder unter Strom stehenden Punkten innerhalb des Motors zu verhindern. Diese Umhüllung ist so geformt, dass der Sternpunkt darin untergebracht werden kann. Die Umhüllung ist mit Löchern versehen, durch die die Drähte, die am Sternpunkt angeschlossen sind, hindurchgehen. Zwischen den Drähten und den Löchern befinden sich Dichtungen, die die Leiterwege durch die Umhüllung blockieren. Isolationsmaterial, wie z.B. Vergussmasse, wird verwendet, um den Raum in der Umhüllung um den Sternpunkt herum auszufüllen und die elektrisch isolierende Barriere rund um den Sternpunkt zu erhöhen.The present systems and methods use an insulating enclosure around the star point of a three-phase induction motor to prevent electrical contact between the star point and the motor housing or other grounded or energized points within the motor. This envelope is shaped so that the star point can be accommodated within it. The casing is provided with holes through which the wires connected to the star point pass. There are seals between the wires and the holes that block the conductive paths through the enclosure. Insulating material, such as potting compound, is used to fill the space in the enclosure around the star point and to increase the electrically insulating barrier around the star point.

In wird ein Bild gezeigt, das ein Beispielpumpensystem darstellt. Ein Bohrloch 130 wird in die öltragende geologische Schicht eingebracht und mit Verkleidung versehen. Die Verkleidung im Bohrloch 130 wird am unteren Ende des Bohrloches mit Löchern versehen, damit das Öl aus der Formation in das Bohrloch fließen kann. Die ESP 120 wird an das Ende des Rohres 150 angeschlossen und die ESP und das Rohr werden in das Bohrloch abgesenkt, um die Pumpe in einem fördernden Teil des Bohrloches zu positionieren. Ein Verstellantrieb 110, der sich an der Oberfläche befindet, wird mittels Stromkabel 112, das entlang des Rohres 150 in das Bohrloch hinunter verläuft, an die Pumpe 120 angeschlossen.In an image is shown depicting an example pump system. A borehole 130 is drilled into the oil-bearing geological layer and cased. The casing in the wellbore 130 is drilled at the bottom of the wellbore to allow oil to flow from the formation into the wellbore. The ESP 120 is connected to the end of the pipe 150 and the ESP and pipe are lowered into the wellbore to position the pump in a producing portion of the wellbore. An actuator 110, located on the surface, is connected to the pump 120 by means of power cable 112 which runs along the pipe 150 downhole.

Zur Pumpe 120 gehört eine Elektromotorsektion 121 und eine Pumpensektion 122. Eine Instrumentenbaugruppe 123 wird am Boden der Motorsektion 121 befestigt. (Zur Pumpe 120 können verschiedene andere Bauteile gehören, die hier nicht im Detail beschrieben werden, da sie in der Technik gut bekannt sind und es nicht wichtig ist, sie in dieser Erfindung zu diskutieren.) Die Motorsektion 121 treibt die Pumpensektion 122 an, die das Öl durch das Rohr und aus dem Bohrloch herauspumpt.The pump 120 includes an electric motor section 121 and a pump section 122. An instrument assembly 123 is attached to the bottom of the motor section 121. (The pump 120 may include various other components that are not described in detail here because they are well known in the art and it is not important to discuss them in this invention.) The motor section 121 drives the pump section 122, which pumps the oil through the pipe and out of the well.

In dieser Ausführungsform wird in der Motorsektion 121 ein Drehstrom-Induktionsmotor verwendet, der von einem Verstellantrieb 110 angetrieben wird. Der Verstellantrieb 110 erhält über die Eingangsleitung 111 Eingangswechselstrom von einer externen Quelle, wie z.B. einem Generator oder dem Energieversorgungsnetz (nicht in der Zeichnung dargestellt). Der Antrieb 110 führt die Gleichrichtung des Eingangswechselstroms durch und produziert dann Ausgangsdrehstrom mit einer Spannung und Frequenz, die geeignet ist, die Motorsektion 121 der Pumpe 120 anzutreiben. Dieser Ausgangsstrom wird über das Kabel 112 zur Motorsektion 121 geleitet.In this embodiment, a three-phase induction motor, which is driven by an actuator 110, is used in the motor section 121. The adjustment drive 110 receives input alternating current from an external source, such as a generator or the energy supply network (not in the drawing) via the input line 111 shown). The drive 110 performs rectification of the input alternating current and then produces output alternating current at a voltage and frequency suitable for driving the motor section 121 of the pump 120. This output current is conducted to the motor section 121 via the cable 112.

Bei ESP-Systemen ist es möglich, Motoren zu verwenden, die unterschiedlich konfiguriert sind, einschließlich deltagewickelter und sternpunktgewickelter Konfigurationen. Bei den meisten ESP-Systemen werden sternpunktgewickelte Motoren eingesetzt. Sternpunktgewickelte Motoren können entweder einen geerdeten Sternpunkt oder einen nicht geerdeten Sternpunkt haben.With ESP systems, it is possible to use motors that are configured differently, including delta-wound and star-point wound configurations. Most ESP systems use star-wound motors. Star point wound motors can have either a grounded star point or an ungrounded star point.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, die sternpunktgewickelte Motoren mit nicht geerdetem Sternpunkt einsetzen. Diese Motoren können in ESP-Systemen mehrere Vorteile bringen. Wenn z.B. eine der Phasen geerdet wird (z.B. wenn der entsprechende Leiters des Stromkabels mit Motorgehäuse kurzgeschlossen ist), dann hält ein sternpunkt-gewickelter Motor an, aber ein Motor mit einem nicht geerdeten Sternpunkt läuft weiter. Das kann die Betriebsdauer des Systems im Schrägloch wesentlich erhöhen. Die Verwendung eines Motors mit nicht geerdetem Sternpunkt gestattet auch, dass an eine der Phasen des Stromkabels Gleichstrom angelegt wird, was in Gleichspannung am Sternpunkt resultiert, die benutzt werden kann, um die Instrumentenbaugruppe oder andere Sensoren mit Strom zu versorgen.The present invention relates to systems that use star-wound motors with an ungrounded star point. These motors can bring several advantages in ESP systems. For example, if one of the phases is grounded (e.g. if the corresponding conductor of the power cable with the motor housing is short-circuited), then a star-wound motor will stop, but a motor with an ungrounded star point will continue to run. This can significantly increase the operating time of the system in the inclined hole. Using a motor with an ungrounded star point also allows DC current to be applied to one of the phases of the power cable, resulting in DC voltage at the star point that can be used to power the instrument assembly or other sensors.

In ist ein Bild dargestellt, das den Aufbau eines Drehstrommotors zeigt, wobei eine nicht geerdete Sternpunkkonfiguration gemäß einer Ausführungsform verwendet wird. Wie oben erklärt, ist der Motor 121 an die Pumpe 122 angeschlossen und so konfiguriert, dass er die Pumpe antreibt, um die Flüssigkeit aus dem Bohrloch zu fördern. Drehstrom wird von einer Stromquelle, wie z.B. einem Verstellantrieb 110, über das Kabel 112 geliefert. Das Kabel 112 besitzt drei Leiter, von denen jeder an das erste Ende der entsprechenden Spule 220-222 angeschlossen ist. Man geht davon aus, dass der Teil der Leiter, der vom Sternpunkt zu den Spulen verläuft, isolierter Draht ist. Das zweite Ende der Spulen 220-222 ist an die anderen am Sternpunkt 230 angeschlossen. In dieser Ausführungsform wird auch ein vierter Leiter 240 mit dem Sternpunkt 230 verbunden. Wie weiter unten genauer erörtert wird, bringt der Stromleiter 240 des Instruments den Gleichstrom zur Instrumentenbaugruppe 123, die an das untere Ende des Motors 121 angeschlossen ist. Der Leiter 240 kann auch von der Instrumentenbaugruppe verwendet werden, um mit der Ausrüstung an der Oberfläche zu kommunizieren. (Man geht davon aus, dass bei den Teilen der Leiter, die vom Sternpunkt zu den Spulen oder den Instrumenten verlaufen, isolierter Draht verwendet wird.)In 1 is an image showing the structure of a three-phase motor using an ungrounded star point configuration according to one embodiment. As explained above, the motor 121 is connected to the pump 122 and is configured to drive the pump to extract the fluid from the well. Three-phase current is supplied via cable 112 from a power source, such as an actuator 110. The cable 112 has three conductors, each of which is connected to the first end of the corresponding coil 220-222. The part of the conductors that runs from the star point to the coils is assumed to be insulated wire. The second end of the coils 220-222 is connected to the others at the star point 230. In this embodiment, a fourth conductor 240 is also connected to the star point 230. As will be discussed in more detail below, the instrument power conductor 240 brings the direct current to the instrument assembly 123 which is connected to the lower end of the motor 121. Conductor 240 may also be used by the instrument assembly to communicate with surface equipment. (It is assumed that insulated wire is used in the portions of the conductors that run from the star point to the coils or instruments.)

Wie in dargestellt ist, befindet sich der Sternpunkt 230 in der Umhüllung 250. Bei der Umhüllung 250 wird isolierendes Material verwendet und das schafft eine elektrisch isolierende Barriere zwischen dem Sternpunkt 230 und dem Gehäuse 260 des Motors 121. Es sind Dichtungen vorgesehen, um die elektrische Isolation des Sternpunktes 230 vom Motorgehäuse 260 zu bewirken.As in is shown, the star point 230 is located in the enclosure 250. The enclosure 250 uses insulating material and this creates an electrically insulating barrier between the star point 230 and the housing 260 of the motor 121. Seals are provided to ensure the electrical insulation of the Star point 230 from the motor housing 260.

Die Umhüllung 250 ist mit Öl oder Vergussmasse befüllt, um die elektrische Isolation zwischen dem Sternpunkt 230 und dem Motorgehäuse 260 weiter zu verbessern.The casing 250 is filled with oil or casting compound in order to further improve the electrical insulation between the star point 230 and the motor housing 260.

Da das zweite Ende jeder Spule des Motors an den Sternpunkt angeschlossen ist, ist die Spannung am Sternpunkt im Wesentlichen die Summe der Spannungen, die durch jede Spule gehen. Bei normalem Betrieb sind diese Spannungen sinusförmig und haben fast die gleiche Stärke. Jede Phase des Drehstroms ist 120° von der Phase der anderen entfernt. Das ist in dargestellt. Die Summe dieser Signale ist nahe 0. Eine Gleichspannung kann zu einer der Phase hinzugefügt werden, so dass der Sternpunkt nicht Null ist (wie durch die gestrichelte Linie in der Zeichnung dargestellt). Das kann getan werden, so dass die Sternpunktspannung (über den Leiter 240) zur Instrumentenbaugruppe gebracht werden kann, um die Baugruppe mit Strom zu versorgen. Diese Instrumentenbaugruppe kann so konfiguriert werden, dass sie ihren Widerstand moduliert, wodurch der Gleichstrom, der durch den Sternpunkt gezogen wird, moduliert wird. Dieses Verfahren kann eingesetzt werden, um Daten von der Instrumentenbaugruppe über das Stromkabel an die Ausrüstung an der Oberfläche des Bohrloches zu übertragen.Since the second end of each coil of the motor is connected to the star point, the voltage at the star point is essentially the sum of the voltages passing through each coil. During normal operation, these voltages are sinusoidal and have almost the same magnitude. Each phase of the three-phase current is 120° apart from the phase of the other. Is in shown. The sum of these signals is close to 0. A DC voltage can be added to one of the phases so that the star point is not zero (as shown by the dashed line in the drawing). This can be done so that the star point voltage can be brought (via conductor 240) to the instrument assembly to power the assembly. This instrument assembly can be configured to modulate its resistance, thereby modulating the DC current drawn through the star point. This method can be used to transmit data from the instrument assembly via the power cable to the equipment at the surface of the well.

Wie oben beschrieben, kann es Ausfälle im System geben, die bewirken, dass die Spannung am Sternpunkt wesentlich höher liegt als nahe Null oder Gleichspannung, die bei normalem Betrieb vorhanden ist. Zum Beispiel ist es manchmal der Fall, dass die Isolierung rund um die Leiter des Stromkabels oder der Motorspulen 220-222 kaputt ist und zwischen einem der Leiter und dem Motorgehäuse einen Kurzschluss verursacht. Bei einem solchen Kurzschluss wird der ausgefallene Punkt der entsprechenden Spule des Motors mit Erde verbunden, und das Sternpunktpotential verschiebt sich vom Erdpotential weg. Das Ergebnis ist eine im Wesentlichen sinus-förmige Spannung am Sternpunkt, die eine Stärke von mehreren Tausend Volt haben kann. Dies wird in illustriert, wo die Sternpunktspannung als gestrichelte Linie dargestellt ist.As described above, there may be failures in the system that cause the voltage at the star point to be significantly higher than the near zero or DC voltage present during normal operation. For example, it is sometimes the case that the insulation around the conductors of the power cable or motor coils 220-222 is broken, causing a short circuit between one of the conductors and the motor housing. In the event of such a short circuit, the failed point of the corresponding coil of the motor is connected to ground and the star point potential shifts away from ground potential. The result is an essentially sinusoidal voltage at the star point, which can be several thousand volts. This will be in illustrated, where the star point voltage is shown as a dashed line.

Bei herkömmlichen ESP-Motoren kann der Sternpunkt isoliert werden, zum Beispiel durch Abdeckung der Verbindungsstelle der Leiter mit Einschweißisolierung oder Isolierband.In conventional ESP motors, the star point can be isolated, for example by covering the connection point of the conductors with welded insulation or insulating tape.

Keines davon passt normalerweise gut in die engen Lücken, die durch kleine Winkel zwischen den Leitern gebildet werden, da sie der Verbindungsstelle des Sternpunktes nahekommen. Während diese Isolierung ausreichend sein kann, um Kurzschlüsse zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse zu verhindern, wenn die Sternpunktspannung gering ist, bewirkt die Erdung einer der Phasen normalerweise, dass die Sternpunktspannung ausreichend hoch ist, so dass eine große Kurzschlussgefahr zwischen dem Sternpunkt und dem Gehäuse besteht. Tritt ein solcher Kurzschluss auf, hört der Motor auf zu laufen.None of these typically fit well into the tight gaps formed by small angles between conductors as they come close to the star point junction. While this insulation may be sufficient to prevent short circuits between the star point and the motor housing when the star point voltage is low, grounding one of the phases usually causes the star point voltage to be sufficiently high so that there is a major risk of short circuit between the star point and the housing consists. If such a short circuit occurs, the motor stops running.

Es ist festzustellen, dass bei herkömmlichen ESP-Motoren, die für Schräglochbohrungen vorgesehen sind, das Motorgehäuse normalerweise mit Öl gefüllt ist, das ein guter Isolator ist. Wenn der Motor jedoch eingesetzt wird, werden Verschmutzungen in das Öl eingeleitet und diese Verschmutzungen können die elektrischen Isoliereigenschaften des Öls verringern. Zum Beispiel können durch die Arbeit des Motors Metallspäne entstehen, die im Öl schwimmen. Diese Metallspäne können einen elektrischen Weg bilden, durch die der Strom zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse geleitet werden kann, wodurch der Sternpunkt kurzgeschlossen wird.It should be noted that in traditional ESP motors designed for slant hole drilling, the motor casing is usually filled with oil, which is a good insulator. However, as the engine is used, contaminants are introduced into the oil and these contaminants can reduce the electrical insulating properties of the oil. For example, the work of the engine can produce metal chips that float in the oil. These metal shavings can create an electrical path through which current can pass between the star point and the motor housing, shorting out the star point.

Bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Sternpunkt in einer Umhüllung positioniert, die eine elektrisch isolierende Barriere zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse bildet. Im Ergebnis reduziert sich die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse wesentlich, auch wenn eine der Phasen geerdet ist, wodurch die Spannung am Sternpunkt sehr hoch ist.In various embodiments of the present invention, the star point is positioned in an enclosure that forms an electrically insulating barrier between the star point and the motor housing. As a result, the probability of a short circuit between the star point and the motor housing is significantly reduced, even if one of the phases is grounded, causing the voltage at the star point to be very high.

In zeigt ein Bild den Aufbau einer Vorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Leiter 430-432 sind an die drei Spulen des Drehstrom-Induktionsmotors angeschlossen. Die Leiter 430-432 verfügen über eine Schicht der elektrischen Isolierung, die alle Teile außer einem Endteil jedes Leiters abdeckt. Die Endteile jedes Leiters 430-432 sind verbunden und gegeneinander durch ein Metallband gesichert, das über die Endteile der Leiter gecrimpt wird. Diese Verbindungsstelle der Leiter 430-432 bildet den Sternpunkt des Motors.In A picture shows the structure of a device according to a first embodiment of the present invention. The conductors 430-432 are connected to the three coils of the three-phase induction motor. Conductors 430-432 have a layer of electrical insulation covering all but an end portion of each conductor. The end portions of each conductor 430-432 are connected and secured to one another by a metal band that is crimped over the end portions of the conductors. This connection point of the conductors 430-432 forms the star point of the motor.

Ein vierter Leiter 433 ist ebenfalls in dieser Abbildung dargestellt. Dieser Leiter ist zwischen dem Sternpunkt und der Instrumentenbaugruppe (nicht in dieser Abbildung dargestellt) elektrisch verbunden, um Gleichspannung zur Verfügung zu stellen, die vom Sternpunkt zum Instrumentenpaket geführt wird. Diese Gleichspannung liefert Strom zur Instrumentenbaugruppe und kann auch bewirken, dass die Instrumentenbaugruppe mit der Ausrüstung an der Oberfläche kommuniziert, wie oben erläutert. Der Leiter 433 wird durch eine Schicht der elektrischen Isolierung abgedeckt, außer einem Endteil, das mit den Endteilen der Leiter 430-432 zusammengecrimpt wurde.A fourth conductor 433 is also shown in this figure. This conductor is electrically connected between the star point and the instrument assembly (not shown in this figure) to provide DC voltage that is carried from the star point to the instrument package. This DC voltage provides power to the instrument assembly and can also cause the instrument assembly to communicate with equipment on the surface, as explained above. The conductor 433 is covered by a layer of electrical insulation except for an end portion crimped to the end portions of the conductors 430-432.

In dieser Ausführungsform wird eine Umhüllung 400 durch eine obere Abdeckung 401 und eine untere Abdeckung 402 gebildet. Die obere Abdeckung 401 und die untere Abdeckung 402 bestehen vorzugsweise aus Isoliermaterial, wie z.B. PEEK (Polyetheretherketon). Die untere Abdeckung 402 hat einen oberen Teil, der im Innern Gewinde besitzt. Die obere Abdeckung 401 hat einen Teil, der Außengewinde besitzt, so dass er auf die untere Abdeckung 402 aufgeschraubt werden kann und die Umhüllung 400 bildet. Die obere Abdeckung 401 verfügt über vier Löcher (Öffnungen), die von oben nach unten gehen. Diese Löcher bilden Durchgänge, durch die die Leiter 430-433 vom Sternpunkt zum Äußeren der Umhüllung verlaufen.In this embodiment, an enclosure 400 is formed by a top cover 401 and a bottom cover 402. The top cover 401 and the bottom cover 402 are preferably made of insulating material such as PEEK (polyetheretherketone). The bottom cover 402 has an upper portion that is internally threaded. The upper cover 401 has a part that has external threads so that it can be screwed onto the lower cover 402 and forms the casing 400. The top cover 401 has four holes (openings) going from top to bottom. These holes form passages through which conductors 430-433 pass from the star point to the exterior of the enclosure.

Wenn der Motor montiert wird, werden die Leiter 430-433 durch die Löcher in die obere Abdeckung 401 geschoben und am Sternpunkt mit einem Metallband 415 zusammengecrimpt. Bevor die obere Abdeckung 401 mit der unteren Abdeckung 402 zusammenmontiert wird, wird erfindungsgemäß eine elektrisch isolierende Substanz, wie z.B. Vergussmasse 440, in die untere Abdeckung und rund um den Sternpunkt eingebracht. Nachdem die obere Abdeckung 401 auf die untere Abdeckung 402 aufgeschraubt wurde, muss die Vergussmasse die leeren Räume im Hohlraum füllen, der in der Umhüllung 400 gebildet wird. Wie in dieser Abbildung dargestellt, füllt die Vergussmasse auch die Lücken zwischen der oberen Abdeckung 401 und der unteren Abdeckung 402 sowie die Lücken zwischen den Leitern 430-433 und die Löcher, die durch die obere Abdeckung 401 gehen. Das dichtet die Lücken ab und komplettiert die isolierende Barriere, die durch die Umhüllung 400 rund um den Sternpunkt gebildet wird.When the motor is assembled, the conductors 430-433 are pushed through the holes in the top cover 401 and crimped together at the star point with a metal band 415. Before the upper cover 401 is assembled with the lower cover 402, according to the invention, an electrically insulating substance, such as potting compound 440, is introduced into the lower cover and around the star point. After the top cover 401 is screwed onto the bottom cover 402, the potting compound must fill the empty spaces in the cavity formed in the enclosure 400. As shown in this figure, the potting compound also fills the gaps between the top cover 401 and the bottom cover 402, as well as the gaps between the conductors 430-433 and the holes passing through the top cover 401. This seals the gaps and completes the insulating barrier formed by the enclosure 400 around the star point.

Nachdem die Umhüllung 400 rund um den Sternpunkt abgedichtet wurde, kann der restliche Motor in herkömmlicher Weise zusammengebaut werden. Die Umhüllung 400 passt in das Gehäuse 420 des Motors. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Motorgehäuse mit Öl 445 gefüllt, wenn es montiert wird. Somit befinden sich drei Schichten Isoliermaterial zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse; das sind die Vergussmasse 440, die Umhüllung 400 und das Öl, das den Hohlraum zwischen der Umhüllung und dem Motorgehäuse ausfüllt.After the enclosure 400 has been sealed around the star point, the remainder of the engine can be assembled in a conventional manner. The shroud 400 fits into the housing 420 of the motor. In the embodiment of the invention, the motor housing is filled with oil 445 when assembled. There are therefore three layers of insulating material between the star point and the motor housing; these are the casting compound 440, the coating 400 and the oil that forms the hollow fills the space between the casing and the motor housing.

Verschiedene Alternativen sind möglich. zeigt ein Bild, das eine Vorrichtung entsprechend einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Leiter, die an die Spulen des Motors angeschlossen sind, sind in den dargestellt. Wieder wird ein vierter Leiter 533 bereitgestellt, der den Strom zu einer Instrumentenbaugruppe bringt, die am Motor angeschlossen ist und ermöglichen soll, dass die Instrumentenbaugruppe über ein Stromkabel mit der Ausrüstung an der Oberfläche kommunizieren kann. Die Endteile der Leiter 530-533 werden mit einem Metallband zusammengecrimpt und bilden den Sternpunkt.Various alternatives are possible. shows an image illustrating an apparatus according to an alternative embodiment of the present invention. The conductors connected to the coils of the motor are in the shown. Again, a fourth conductor 533 is provided which brings power to an instrument assembly connected to the engine and is intended to allow the instrument assembly to communicate with surface equipment via a power cable. The end parts of the conductors 530-533 are crimped together with a metal band and form the star point.

Bei dieser Ausführungsform wird die Umhüllung 500 wieder von einer oberen Abdeckung 501 und einer unteren Abdeckung 502 gebildet, wobei beide aus Isoliermaterial bestehen. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die obere und die untere Abdeckung so konstruiert, dass sie zur leichteren Montage ineinander schnappen. Die obere Abdeckung 501 hat wiederum vier Löcher, die durch die Abdeckung gehen und einen Durchgang bilden, durch die die Leiter 530-533 verlaufen können.In this embodiment, the enclosure 500 is again formed by an upper cover 501 and a lower cover 502, both of which are made of insulating material. However, in this embodiment, the top and bottom covers are designed to snap together for easier assembly. The top cover 501 in turn has four holes that pass through the cover and form a passage through which the conductors 530-533 can pass.

Nachdem die Ausführungsform der montiert ist, werden die Leiter 530-533 durch die Löcher in der oberen Abdeckung 501 hindurchgesteckt und am Sternpunkt mit Metallband 515 zusammengecrimpt. Bei dieser Ausführungsform wird eher Öl 540 als Vergussmasse verwendet, um den Hohlraum in der Umhüllung 500 zu füllen. Um zu verhindern, dass das Öl aus der Umhüllung herausfließt, werden Dichtungen, wie z.B. O-Ringe (z.B. 541), rund um jeden der Leiter 530-533 eingebracht. Die O-Ringe dienen auch dazu, zu verhindern, dass Verschmutzungen in die Umhüllung 500 gelangen und das Öl in der Umhüllung verschmutzen. Die O-Ringe werden zwischen den Leitern und der oberen Abdeckung 501 zusammengedrückt und bilden dazwischen eine physische Dichtung.After the embodiment of the is mounted, the conductors 530-533 are inserted through the holes in the top cover 501 and crimped together at the star point with metal tape 515. In this embodiment, oil 540 rather than potting compound is used to fill the cavity in the enclosure 500. To prevent the oil from flowing out of the casing, seals such as O-rings (eg 541) are placed around each of the conductors 530-533. The O-rings also serve to prevent contaminants from entering the casing 500 and contaminating the oil in the casing. The O-rings are compressed between the conductors and the top cover 501, forming a physical seal therebetween.

Nachdem die Umhüllung 500 rund um den Sternpunkt zusammengebaut wurde, ist die Montage des Motors abgeschlossen (einschl. Füllen des Motorgehäuses mit Öl 545. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gibt es wieder drei Schichten Isoliermaterial zwischen dem Sternpunkt und dem Motorgehäuse, bestehend aus dem Öl in der Umhüllung 500, der Umhüllung selbst und dem Öl, das den Hohlraum zwischen der Umhüllung und dem Motorgehäuse ausfüllt.After the casing 500 has been assembled around the star point, the assembly of the motor is completed (including filling the motor housing with oil 545. In the embodiment according to the invention, there are again three layers of insulating material between the star point and the motor housing, consisting of the oil in the Cover 500, the cover itself and the oil that fills the cavity between the cover and the motor housing.

Es sollte beachtet werden, dass die vorgenannte Veröffentlichung eine Beispieldarstellung beschreibt und dass der spezifische Aufbau, die Eigenschaften und Merkmale in den alternativen Ausführungsformen variieren können. Während z.B. die oben beschriebenen Ausführungsformen eine untere und eine obere Abdeckung verwenden, die aufeinandergeschnappt oder zusammengeschraubt werden, um die Umhüllung zu bilden, kann die Umhüllung eine entsprechende Form und ein entsprechendes Schließmittel aufweisen. Außerdem kann die Umhüllung von irgendeinem geeigneten Material gebildet werden, obwohl starres Isoliermaterial zu bevorzugen ist. In ähnlicher Weise können die Dichtungen zwischen den Leitern und den durch die Umhüllung verlaufenden Löchern aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie z.B. den O-Ringen oder der Vergussmasse der o.g. erfindungsgemäßen Ausführungsformen.It should be noted that the aforementioned publication describes an exemplary illustration and that the specific construction, properties and features may vary in the alternative embodiments. For example, while the embodiments described above utilize a bottom and top cover that are snapped or screwed together to form the enclosure, the enclosure may have a corresponding shape and closure means. Additionally, the enclosure may be formed from any suitable material, although rigid insulating material is preferred. Similarly, the seals between the conductors and the holes extending through the enclosure may be made of any suitable material, such as the O-rings or potting compound of the above embodiments of the invention.

Die Umhüllung in den vorgenannten Ausführungsformen wird mit Vergussmasse oder Öl gefüllt. Diese Materialien dienen nicht nur dazu, eine zusätzliche elektrische Isolierung zu schaffen, sondern auch das Zusammenbrechen der Umhüllung zu verhindern, wenn sich der Druck außen auf den Motor und die Umhüllung erhöht. Für eine in dieser Technik bewanderte Person kann es auch noch viele andere Variationen geben, wenn sie diese Veröffentlichung liest.The casing in the aforementioned embodiments is filled with casting compound or oil. These materials serve not only to provide additional electrical insulation, but also to prevent the enclosure from collapsing when external pressure on the motor and enclosure increases. There may be many other variations for a person skilled in this technique to read this publication.

Die Vorteile, die die vorliegende Erfindung bringen kann, wurden oben in Bezug auf die speziellen Ausführungsformen beschrieben. Diese Vorteile und alle Elemente und Einschränkungen, die dadurch auftreten können und ausgeprägter sein können, sind nicht als wichtige, erforderliche oder wesentliche Eigenschaften eines Anspruches oder aller Ansprüche auszulegen. Wie hier verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon so interpretiert werden, dass sie nicht exklusiv die Elemente oder Einschränkungen beinhalten, die diese Begriffe berücksichtigen. Dementsprechend ist ein System, ein Verfahren oder eine andere Ausführungsform, das/die einen Satz von Elementen umfasst, nicht nur auf die Elemente beschränkt und kann andere Elemente beinhalten, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder in den Ausführungsformen der Ansprüche enthalten sind.The advantages that the present invention can bring have been described above with respect to the specific embodiments. These advantages and any elements and limitations which may arise and be more pronounced thereby are not to be construed as important, necessary or essential features of any claim or all claims. As used herein, the terms “includes,” “comprising,” or other variations thereof are intended to be interpreted as not exclusively including the elements or limitations contemplated by such terms. Accordingly, a system, method, or other embodiment that includes a set of elements is not limited to just the elements and may include other elements not expressly recited or included in the embodiments of the claims.

Die vorangegangene Beschreibung der veröffentlichen Ausführungsformen wird bereitgestellt, damit Personen, die diese Technik kennen, die vorliegende Erfindung anwenden können. Verschiedene Modifikationen dieser Ausführungsformen sind für die in dieser Technik Ausgebildeten gut zu erkennen, und die allgemeinen Prinzipien, die hier definiert sind, können auf andere Ausführungsformen angewendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen..The foregoing description of the published embodiments is provided so that persons skilled in the art may practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention.

Claims (3)

Elektrisches Tauchpumpensystem für Bohrlochanwendungen, wobei das System umfasst: eine Pumpe (122) und einen Motor (121), der an die Pumpe (122) angeschlossen ist und so konfiguriert ist, dass er die Pumpe (122) antreibt, wobei der Motor (121) sterngewickelt ist und Drehstrom verwendet, wobei der Motor (121) eine elektrisch isolierte Umhüllung (250, 400, 500) aufweist, die einen Hohlraum bildet, der eine Sternpunktverzweigung des Motors (121) aufnimmt, wobei die Umhüllung (250, 400, 500) eine oder mehrere Öffnungen durch sie hindurch aufweist, die ermöglichen, dass sich drei Leiter (430-433, 530-533), die an die Sternpunktverzweigung angeschlossen sind, vom Hohlraum zum Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) erstrecken, wobei die Umhüllung (250, 400, 500) eine oder mehrere Isolierdichtungen an den Öffnungen zwischen der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Leiter (430-433, 530-533) aufweist, die eine abgedichtete elektrisch isolierende Barriere zwischen der Sternpunktverzweigung und dem Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) bereitstellen, wobei ein Isoliermaterial vorgesehen ist, das im Wesentlichen den Hohlraum zwischen der Sternpunktverzweigung und der Umhüllung (250, 400, 500) füllt, wobei das Isoliermaterial Vergussmasse (440) oder Öl (540) umfasst, und wobei der Motor (121) ferner ein Motorgehäuse (420, 520) umfasst, in dem die Umhüllung (250, 400, 500) angeordnet ist, wobei der Raum zwischen der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Motorgehäuse (420, 520) mit Öl (540) gefüllt ist. Electric submersible pump system for downhole applications, the system comprising: a pump (122) and a motor (121) connected to the pump (122) and configured to drive the pump (122), the motor (121) is star-wound and uses three-phase current, wherein the motor (121) has an electrically insulated casing (250, 400, 500) which forms a cavity which accommodates a star point branch of the motor (121), wherein the enclosure (250, 400, 500) has one or more openings therethrough which allow three conductors (430-433, 530-533) connected to the neutral junction to pass from the cavity to the exterior of the enclosure ( 250, 400, 500) extend, wherein the cover (250, 400, 500) has one or more insulating seals at the openings between the cover (250, 400, 500) and the conductor (430-433, 530-533) that provide a sealed electrically insulating barrier between the neutral junction and provide the exterior of the casing (250, 400, 500), wherein an insulating material is provided which essentially fills the cavity between the star point branch and the casing (250, 400, 500), the insulating material comprising casting compound (440) or oil (540), and wherein the motor (121) further comprises a motor housing (420, 520) in which the casing (250, 400, 500) is arranged, the space between the casing (250, 400, 500) and the motor housing (420, 520 ) is filled with oil (540). Verfahren zur Isolierung eines Sternpunktes (230) in einem Drehstrom-Induktionsmotor (121), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: die Bereitstellung einer elektrisch isolierenden Umhüllung (250, 400, 500), wobei die Umhüllung (250, 400, 500) einen Hohlraum bildet, der zur Aufnahme einer Sternpunktverzweigung eines Drehstrommotors (121) konfiguriert ist, und eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die sich vom Hohlraum in der Umhüllung (250, 400, 500) zum Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) erstreckt/erstrecken; die Positionierung von drei Leitern (430-433, 530-533) durch die Öffnungen, wobei sich die drei Leiter (430-433, 530-533) durch die Öffnungen von den Spulen des Motors (121) zu einer Sternpunktverzweigung erstrecken; und das Einhausen der Sternpunktverzweigung in der Umhüllung (250, 400, 500), wobei die Öffnungen in der Umhüllung (250, 400, 500) zwischen der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Leiter (430-433, 530-533) abgedichtet werden und die Umhüllung (250, 400, 500) eine abgedichtete elektrisch isolierende Barriere zwischen dem Hohlraum innerhalb der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) bildet, wobei der Hohlraum zwischen der Sternpunktverzweigung und der Umhüllung (250, 400, 500) mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt wird, wobei das Isoliermaterial Vergussmasse (440) oder Öl (540) umfasst, wobei die Umhüllung (250, 400, 500) in einem Gehäuse (420, 520) des Motors (121) positioniert und der übrige Hohlraum zwischen der Umhüllung (250, 400, 500) und dem Gehäuse (420, 520) des Motors (121) mit Öl (540) gefüllt wird.Method for isolating a star point (230) in a three-phase induction motor (121), the method comprising the following: the provision of an electrically insulating casing (250, 400, 500), the casing (250, 400, 500) forming a cavity configured to receive a star point branch of a three-phase motor (121), and having one or more openings which extending from the cavity in the enclosure (250, 400, 500) to the exterior of the enclosure (250, 400, 500); positioning three conductors (430-433, 530-533) through the openings, the three conductors (430-433, 530-533) extending through the openings from the coils of the motor (121) to a star point branch; and Enclosing the star point branch in the casing (250, 400, 500), with the openings in the casing (250, 400, 500) between the casing (250, 400, 500) and the conductor (430-433, 530-533) are sealed and the casing (250, 400, 500) forms a sealed electrically insulating barrier between the cavity within the casing (250, 400, 500) and the exterior of the casing (250, 400, 500), wherein the cavity between the star point branch and the casing (250, 400, 500) is filled with an electrically insulating material, the insulating material comprising casting compound (440) or oil (540), wherein the casing (250, 400, 500) is positioned in a housing (420, 520) of the motor (121) and the remaining cavity is between the casing (250, 400, 500) and the housing (420, 520) of the motor (121 ) is filled with oil (540). Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin umfasst, dass ein Instrumentenstromleiter durch die Öffnungen positioniert wird, wobei der Instrumentenstromleiter von der Sternpunktverzweigung zum Äußeren der Umhüllung (250, 400, 500) verläuft.Procedure according to Claim 2 , further comprising positioning an instrument power conductor through the openings, the instrument power conductor extending from the neutral junction to the exterior of the enclosure (250, 400, 500).
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